Как выглядит стоматология будущего: зубы — это атавизм
Есть ближайшее будущее, оно про 3D-принтеры и аугментацию. Вот это уже реальность, хоть и не массовая, мы так делаем:
Брекеты для лица: 3D-печать по металлу, ПО проектирования прикуса — и можно смоделировать и пересобрать череп заново.
У нас уже есть крутые штуки в виде 3D-сканеров, цифрового моделирования ортодонтических процессов, 3D-принтеры (фотополимерные и DMLS, не хоббийные FDM) и автоматизированные фрезы. И уже скоро мы ждём новых наработок в виде таргетных бактериофагов, вакцины против адгезивного белка Streptococcus mutans и генно-модифицированных микроорганизмов для заселения полости рта. Возможно, уже недалеко вакцина от кариеса.
Предлагаю пощупать топовую стоматологию, какой она может стать через 10–15 лет и, может, чуть позже, тем более что зубы нам могут и не понадобиться в будущем.
Ну, а теперь — скидка на реализм: всё это нужно потому, что вы так и не хотите чистить зубы, а еда становится всё хуже и хуже. Из-за мягкости пищи челюсти будут уменьшаться, а из-за развития протезирования скоро появятся нормальные замены органов, в частности, зубов (сейчас протез не даёт чувствительности, а это прямо влияет на когнитивные способности и сопротивление деменции).
В итоге, хоть мы и можем застраховать вас от кариеса и сделать так, что зубы будут служить до старости, обычные люди к стоматологу ходят редко, заболевания лечатся по принципу «что-то отвалилось — надо залепить пломбой». И всё идёт к тому, что это верный путь в Терминаторы, как на картинке выше.
Потому что мы в переходном процессе эволюции, да-да.
Бессердечная эволюция
Мы с коллегами уже писали про проблемы уменьшения нашей челюсти в размерах в процессе эволюции. Переход к термически обработанной, лёгкой в пережёвывании пище привёл к постепенному уменьшению размеров лицевого скелета. Другим фактором, который мог сыграть роль в этом процессе, могла стать оптимизация костно-мышечных структур для формирования более совершенного речевого аппарата. Мне, если честно, сложно представить, насколько мне было бы легко выговаривать звуки, если бы я вдруг оказался австралопитеком. Но, если судить по крупной мускулатуре и форме челюстей, то можно предположить, что тонкие оттенки речи современных языков им давались бы с трудом.
Современные исследования говорят о том, что у нас почти поголовно есть аномалии прикуса. В разных регионах России их частота колеблется в пределах от 37 до 90%. При этом в сельской местности, где ортодонтическая помощь не оказывается либо оказывается с запозданием, доля таких аномалий превышает 80%. Если говорить простым языком, то мы сейчас в переходном процессе эволюции. У нормального вида со стабильной морфологией не должно наблюдаться такого количества проблем в развитии, особенно если принять, что большое количество аномалий в сельской местности — это базовый биологический сценарий без вмешательства врачей.
Хэмиш, кадр из фильма «Алиса в Стране чудес». Актер Лео Билл, отлично сыгравший роль жениха, возможно, имеет зубочелюстную аномалию с недоразвитием нижней челюсти.
Основная преобладающая патология — сужение зубных рядов. То есть процесс уменьшения челюстей идёт, а вот пропорциональное уменьшение количества зубов сильно запаздывает. Тем не менее эволюционно люди с тяжёлыми аномалиями прикуса явно имеют меньше преимуществ перед людьми с первичной адентией части постоянных зубов. Да, до 5–8% людей рождаются с отсутствующими зачатками постоянных зубов. Чаще всего это третьи моляры, вторые премоляры или боковые резцы верхней челюсти. В определённых ситуациях при симметричной аномалии это может компенсировать недостаточный рост челюсти и способствовать формированию физиологического прикуса.
К чему это приведёт через тысячи лет, мне предугадать сложно. Всё-таки мы частично вышли из-под классического эволюционного отбора за счёт медицины и социальных факторов полового отбора. Условный человек из обеспеченной семьи с тяжёлыми генетически обусловленными аномалиями может позволить себе полноценную дорогостоящую коррекцию. В итоге, несмотря на кривую генетику, — идеальный профиль, симпатичное лицо и популярность у противоположного пола. А вот дети опять будут мучиться с той же патологией, да.
Но в целом есть ощущение, что мы двигаемся в сторону такого утрированного образа пришельцев c птичьим лицом. Челюсти постепенно атрофируются, а число зубов уменьшится.
Реконструкция лицевого скелета
Латеральная телерентгенограмма и цефалометрия.
И вот тут мы постепенно переходим к тому, что со временем становится доступным уже сейчас. Сочетание конусно-лучевого КТ, телерентгенографии и специального ПО позволяет получить не просто статический скан челюстей пациента, а полноценно спланировать план лечения. Причем с построением всей кинематики мускулатуры и её воздействия на костные структуры. Раньше эти задачи выполнялись, конечно, не на глаз, но требовали рентгеновского снимка на плёнке, циркуля и линейки. Врач сидел с транспортиром и размечал ключевые точки, отрезки и углы между ними. Это была очень трудоёмкая процедура с высокими погрешностями. Сейчас эта задача выполняется полуавтоматически. Врач планирует процесс лечения и сразу видит на модели, как будут меняться прикус и форма черепа пациента.
В сложных случаях, когда аномалии касаются не только зубных рядов, но и формы челюстей, приходится подключать тяжёлую артиллерию с управляемым компрессионно-дистракционным остеосинтезом. Да, ломаем челюсть и собираем её заново, но уже в нужных нам размерах. Этот процесс также моделируется заранее. У врачей на руках обычно не только трёхмерная модель, но и распечатанные на фотополимерном принтере отдельные элементы черепа, которые можно покрутить в руках и дополнительно оценить удобство доступа вместе с прочими параметрами операции.
Процесс моделирования будущей операции на модели пациента. Цветные штуки будут напечатаны методом лазерного спекания из порошкового титана индивидуально под пациента.
Во время всех манипуляций, естественно, учитывается расположение корней зубов, нижнечелюстного канала и других важных вещей. Это важно для того, чтобы ничего случайно не повредить. Конечно же, все разрезы и позиционирование выполняются не на глазок, а с помощью навигационных шаблонов, напечатанных на 3D-принтере. Врач прикладывает шаблон и получает точные отметки на реальной кости, которые соответствуют тому, что было на модели.
В финале таких непростых процедур мы выполняем костную пластику и «вытягиваем» форму костных структур до нужных размеров.
Классические импланты тоже устанавливаются только после предварительного моделирования. Для них тоже печатается на фотополимерном принтере навигационный шаблон, который гарантирует, что фреза войдёт в кость строго в запланированной точке и под нужным углом.
Вакцина от кариеса
Святой Грааль стоматологии — это та самая вакцина от кариеса, которую всё никак не запустят в массы. Как мы помним, ключевую роль в формировании кариеса оказывают несколько условно-патогенных сапрофитов. Лидирующую роль играет Streptococcus mutans, который формирует плёнку-пелликулу на эмали зуба. В дальнейшем он очень бодро начинает выделять органические кислоты, деминерализируя эмаль и подготавливая платформу для адгезии других видов нашего микробиома. Именно работа с микробиомом давно является одним из ключевых направлений в исследовательской стоматологии, но ключевые прорывы стали возможны только недавно. Я думаю, что подобные технологии включат в базовую профилактику уже в течение следующего десятилетия.
Есть три основных направления:
- Создание вакцины от специфических белков стрептококков.
- Использование генно-инженерных бактерий как конкурентов местному микробиому.
- Использование таргетных бактериофагов для уничтожения патогенной микрофлоры.
К вакцине есть много вопросов, так как прошлые попытки создать антитела к специфическому протеину rPAc вызывали системные воспалительные реакции у мышей. Этот белок стрептококк использует для формирования плёнки и адгезии к поверхости зуба. Идея состоит в том, чтобы создать достаточный уровень специфических антител в ротовой жидкости, которые будут препятствовать адгезии и закреплению Streptococcus mutans на эмали. Для этого исследователи создали химерный протеин из флагеллина кишечной палочки и rPAc стрептококка. Полученный KF-rPAc показал многообещающие результаты у крыс, которым вначале убивали всю микрофлору антибиотиками, а затем подселяли патогенный стрептококк. Грызуны, получившие вакцину, продемонстрировали статистически значимую защиту от кариесогенного эффекта стрептококка. Когда это можно будет проецировать на людей — непонятно.
С генетически модифицированными Streptococcus mutans тоже есть определённые успехи. Учёным удалось вырезать участок ДНК, кодирующий лактат-дегидрогеназу у штамма стрептококка, полученного в клинике. Полученный модифицированный штамм получил название BCS3-L1. На этом не остановились и наделили штамм способностью выделять новый пептидный антибиотик — «мутацин 1140».
В итоге этот штамм не только лишён возможности продуцировать молочную кислоту, но и травит всё вокруг себя, убивая дикие разновидности Streptococcus mutans, быстро колонизируя полость рта. Опять же клинические испытания ещё впереди. Не хотелось бы нарваться на специфическую мутацию или рекомбинацию между искусственным и диким штаммами, получив очередной борщевик Сосновского, который устойчивый и ещё более активный.
Бактериофаги тоже давно изучаются за счёт того, что позволяют точечно выбивать определённые патогенные штаммы организмов, не трогая нормальную микрофлору в отличие от антибиотиков широкого спектра. Это очень перспективная штука для лечения сложных форм пародонтитов, когда доставка антибиотика в участки поражения может быть затруднена из-за проблем с кровоснабжением. В принципе уже сейчас доступны комбинированные препараты вроде поливалентной смеси из бактериофагов против гноеродной микрофлоры. Но в клинике они особо не прижились даже в терапии острых гнойных заболеваний. Нет, конечно, во время написания диссертации очередной молодой врач получает неплохие результаты при сочетанном применении традиционной терапии и бактериофагов, но внедрения в практику не происходит. Даже зарубежные статьи обычно заканчиваются вот такими формулировками:
«In vitro studies suggest that Aggregatibacter bacteriophages can transfer antibiotic resistance cassettes [20] and potentially increase release of leukotoxin [21]. The clinical impact of these findings remains uncertain».
Короче, дорого, сложно предугадать эффективность у конкретного пациента, сложности с хранением и транспортировкой вирусов. Возможно, в будущем это изменится за счёт более простого создания новых генно-инженерных бактериофагов.
Как правильно использовать стоматолога
В итоге здоровая полость рта невозможна без совместной работы с врачом-стоматологом. Прийти с кучей проблемных зубов и сказать «лечи меня, доктор» можно, но это не лучшая тактика.
Нужно не только регулярно посещать стоматолога для осмотра и проведения профессиональной гигиены, но и качественно ухаживать за полостью рта в остальное время. В идеальной тактике стоматология должна работать на опережение, не допуская развития патологии. Это, впрочем, ко всей медицине относится. Даже с прагматической точки зрения профилактика обходится намного дешевле.
Как пример профилактических процедур — так называемый Bitewing x-ray. Фотографируем пациента и ищем скрытые полости, которые можно пропустить при обычном осмотре. Снимки остаются в базе для сравнения в будущем.
Элайнер, изготовленный методом термоформирования.
Зубочелюстные аномалии тоже часто можно поправить сильно заранее и малоинвазивным способом, если вовремя их обнаружить. Одним из современных трендов является использование съёмных ортодонтических конструкций — элайнеров. Разогретую пластину поликарбоната формуют под вакуумом. Она обжимает напечатанную на 3D-принтере модель челюсти пациента. При этом зубы на модели заранее перемещены на небольшое расстояние, которое рассчитывается в специальном ПО. Когда пациент носит такой элайнер, зубные ряды постепенно перемещаются в заданном направлении. Без нормальных ротовых 3D-сканеров и цифрового моделирования эти системы очень сложно реализовать. В 1998 году, когда их впервые изобрели, все действия выполнял техник на глазок. Зубы на модели выпиливались и перемещались вручную на штифтах.
Чего ждать в будущем
Я думаю, что стоматология так или иначе будет всё больше использовать аддитивные технологии и технологии фрезерования для многих рутинных задач. Это раньше 3D-печать была чем-то заоблачным и сложным. Сейчас для любой клиники нет особой проблемы купить точный фотополимерник, который решит кучу прикладных задач и обеспечит нужную точность.
3D-сканеры тоже станут стандартным оборудованием. Уже сейчас мы почти не снимаем оттисков. Это требует немало времени, нужно правильно замешать массу, потом правильно прижать ложку со слепочной массой. Приложил неверное усилие — оттиск смазался, а мягкие ткани оказались некорректно расплющены. Или масса в жидком виде начала утекать куда-то назад, а пациент — с выраженным рвотным рефлексом. Мы решили это сканированием. Быстро, точно, а модели сразу попадают в базу данных, где хранятся вместе с другими данными пациента. И самое главное, что можно сразу залить в виде модели в нужном ПО и начать проектировать протез или другое лечение. Или вообще переслать в нужную зуботехническую лабораторию где-то в Швейцарии за пару минут.
Есть многообещающие разработки в области дополненной реальности, когда хирург получает проекцию томограммы непосредственно на рабочее поле. Это позволяет прямо во время операции покрутить результаты исследования и убедиться, что всё идет по плану.
Ну и надеюсь, что мы наконец сможем радикально снизить риски кариозного поражения благодаря биотехнологической революции. Только надо убедиться, что экспериментальные штаммы и вакцины не навредят.
